英飞凌 | 用电容式触摸感应技术实现HMI差异化解决方案

电容感应技术在消费电子、工业和汽车前面板应用中，是一种常见的界面技术选择，取代了开关和旋钮。物联网设备涵盖消费应用、工业应用和商业应用，它们都可以从时尚的用户界面中受益，实现产品差异化，例如：触摸显示屏、按键/滚动条、接近感应和智能家居中的智能触摸开关等。为了提供最佳用户体验，触摸显示屏可能还需要支持手势识别、防水、手腕检测和戴手套触摸等功能。这些功能都可以通过电容感应技术实现，以直观的方式让用户与产品进行交互。

1. CAPSENSE™基础知识

CAPSENSE™是英飞凌的电容式触摸感应技术，其工作原理是：通过测量传感器板与周围环境之间的电容变化，来检测触摸表面上或附近是否存在手指。典型的电容式传感器由印刷电路板表面上尺寸合适的铜垫组成，铜垫上的非导电覆层可作为按钮的触摸表面。在电容式触摸感应应用中，通常有以下两种感应方法。

2. 自电容感应（CSD）

CSD（CAPSENSE™ Sigma-Delta）是英飞凌的专有自电容感应方法。该传感器实际上就是一个连接到PSoC™ MCU引脚的导电体。传感器可以使用PCB上的铜垫、印刷在触摸屏玻璃上的ITO或氧化银等透明材料构造，（找元器件现货上唯样商城）甚至可以是印刷在非导电材料上的导电涂料，或者只是一根简单的电线。高性能触摸感应引擎可以测量电极与地之间的电容。触摸固件库中的算法可以识别触摸模式和用户交互。自电容感应通常用于支持单指操作的界面，例如：按键、滚动条、接近传感器和单指操作触摸屏。

图 2 自电容感应（CSD）方法

3. 互电容感应（CSX）

CSX是英飞凌的专有互电容感应方法。顾名思义，互电容感应的工作原理是，测量两个电极，即发射（Tx）和接收（Rx） 电极之间的电容变化。将手指放在Tx和Rx电极之间时，CM减小，随着CM减小，Rx电极接收到的电荷也会减少。电容感应系统会通过测量Rx电极接收到的电荷量，来检测有无触摸。互电容感应的应用示例包括，可以同时检测多指触摸的触摸屏。

图 3 互电容感应（CSD）方法

4. 设计坚固耐用的触摸 HMI 解决方案的 4 大挑战

打造可靠耐用的电容感应系统，对嵌入式设计人员而言颇具挑战性。在触摸面板检测手指触摸，需要测量飞法（fF）级别的电容。很多噪声源都可能影响测量、干扰操作，并导致触摸误测。这些噪声源包括但不限于：环境因素、液体、金属物体、灰尘、水分、潮湿、极端温度或电噪声，例如：其他设备的传导噪声和辐射噪声。触摸界面必须在所有这些条件下可靠工作，并满足EMC & EMI和行业规范要求。

设计优异可靠的触摸HMI，应考虑鲁棒性、响应速度、低功耗以及外观美学。

审核编辑 黄宇